הבעיה השלישית של הילברט – הבדלי גרסאות

מ
בוט החלפות: זווית;
מ
מ (בוט החלפות: זווית;)
 
<!--איור לא יזיק-->
דוגמה פשוטה לעובדה זו אפשר לראות בנוסחה לשטח [[מקבילית]]. אם קודקודי המקבילית הם ABCD והגובה מהקודקוד A פוגע בצלע CD בנקודה H (שבתוך הצלע), אז אפשר לפרק את המקבילית למשולש ישר זויתזווית AHD ו[[טרפז]] ישר זויתזווית ABCH. כאשר מחברים את המשולש מצדו האחר של הטרפז, על-ידי הסעת המשולש AHD למשולש שקודקודיו BRC, מתקבל מלבן ABRH בעל אותו גובה ואותו בסיס כמו המקבילית. בהיפוך הסדר, אפשר לטעון ששוויון השטחים בין המלבן ABRH למקבילית ABCD נובע מכך שכל אחד מהם אפשר לפרק לטרפז ומשולש, כאשר שני הטרפזים ושני המשולשים חופפים זה לזה. דוגמה זו עשויה להטעות, משום שלא תמיד יפגע הגובה בנקודה שבתוך הצלע. כאשר מכלילים את הרעיון שהוצג כאן, יש צורך להפעיל את [[תכונת ארכימדס]] של ה[[מספר ממשי|מספרים הממשיים]]: אם צועדים בפסיעות שאורכן קבוע וחיובי, אפשר להגיע רחוק ככל שרוצים, ובלבד שמספר הצעדים גדול מספיק. גם כאשר למלבן ומקבילית יש אותם בסיס וגובה (ולכן אותו שטח), לא תמיד אפשר לפרק אותם לשני מרכיבים החופפים זה לזה בזוגות; תכונת ארכימדס מבטיחה, עם זאת, שתמיד יהיה קיים פירוק סופי.
 
הילברט מייחס את הבעיה השלישית לגאוס, שתהה האם האפשרות להסביר כל שוויון של '''נפחים''' באמצעות פירוק למרכיבים, בדומה לשוויון של שטחים: האם כל שני [[פאון|פאונים]] שווי נפח אפשר לפרק למספר סופי של מרכיבים חופפים. באופן מסורתי, שוויון נפחים הוסבר באמצעות תהליכי מיצוי שדרשו פירוק למספר גדל והולך של מרכיבים, באופן שמתקרב בסופו של דבר להליכי החישוב של ה[[אינטגרל מסוים|אינטגרל המסוים]]. הילברט חשד שלא ניתן להפטר מן המרכיב האינסופי, ולכן ניסח את הבעיה השלישית באופן שלילי, כפי שהוצג במבוא. (הילברט דרש בנוסף שהפאונים לא יהיו ניתנים לפירוק חופף, אפילו אחרי שמוסיפים לכל אחד מהם אותם מרכיבים חופפים).
הפתרון של דהן מבוסס על אבחנה פשוטה ורבת עוצמה, ששימשה אותו גם בעבודתו בתחומים מתמטיים אחרים: הצמדת [[שמורה (מתמטיקה)|שמורה]] (אינווריאנט) לכל פאון, שלא תושפע מן הפירוק למרכיבים. לכל צלע בפאון יש שני מאפיינים מספריים: אורך הצלע, והזווית בין שתי הפאות הנפגשות באותה צלע. נניח שאפשר למצוא פונקציה f של שני ערכים אלה, שתקיים את השוויונות <math>\ f(x,\alpha)+f(y,\alpha)=f(x+y,\alpha)</math> ו- <math>\ f(x,\alpha)+f(x,\pi-\alpha)=0</math>. אם נגדיר את ה'משקל' של פאון להיות הסכום של ערכי f במעבר על כל צלעות הפאון, התכונות של f יבטיחו שבכל פירוק של הפאון למספר מרכיבים, סכום המשקלים של המרכיבים יהיה שווה למשקלו של הפאון המקורי. מכאן נובע מיד ששני פאונים בעלי משקל שונה לא ניתן לפרק למרכיבים חופפים בזוגות.
 
דהן מצא פונקציה כזו. לשני הארבעונים שבסיסם משולש ישר זויתזווית ושווה שוקים ABC בעל שוק AB=BC באורך 1, וגובהם 1, שבאחד מהם הקודקוד שמעל לבסיס מונח מעל ל- A ובשני מעל ל- B, יש משקלים שונים, ולכן לא ניתן לפרק אותם למרכיבים חופפים בזוגות - בדיוק כפי שביקש הילברט.
 
דהן היה לאחד ממייסדי ה[[טופולוגיה אלגברית|טופולוגיה האלגברית]], ותרם תרומה משמעותית ל[[תורת הקשרים]]. הוא ניסח ב-[[1910]] את [[בעית המלה]], המגשרת בין [[תורת החבורות]] לבעיות יסודיות ב[[חישוביות]].
271,876

עריכות